Come la missione sulla luna Artemis potrebbe aiutarci a portarci su Marte

Un'illustrazione del prossimo Space Launch System, il razzo che dovrebbe essere utilizzato durante il programma Artemis. NASA/MSFC

Se Dio avesse voluto che l'uomo diventasse una specie che viaggia nello spazio, avrebbe dato all'uomo una luna. Il famoso scienziato missilistico Krafft Ehricke pronunciò queste parole nel 1984. Voleva sottolineare come potremmo usare la luna come trampolino di lancio per espandere la civiltà umana nel resto del sistema solare. Era passato più di un decennio dall'ultima missione Apollo sulla luna, ed Ehricke stava guardando la NASA e il resto del programma spaziale statunitense ritirarsi dalle speranze di esplorare mondi più lontani come Marte e concentrarsi invece sull'orbita terrestre.

L'America sta finalmente cercando un ritorno sulla luna con Artemis, un ambizioso ( e irrealistico ) obiettivo di inviare astronauti entro il 2024. Ma per la Casa Bianca e la NASA, la missione non riguarda solo il riportare gli esseri umani sulla superficie lunare. La luna è anche una base perfetta da cui partire per stabilire un programma di follow-up per viaggiare su Marte. Per entrambe le destinazioni, l'obiettivo non è semplicemente piantare una bandiera e tornare sulla Terra, ma mantenere una presenza permanente affinché le persone vivano e lavorino.

Torneremo sulla luna per scoperte scientifiche, vantaggi economici e ispirazione per una nuova generazione di esploratori, ha affermato l'amministratore della NASA Jim Bridenstine il 21 settembre quando l'agenzia ha pubblicato i suoi ultimi piani per il programma Artemis. Mentre costruiamo una presenza sostenibile, stiamo anche costruendo slancio verso quei primi passi umani sul Pianeta Rosso.

Ma l'agenzia non ha mai spiegato chiaramente come ciò dovrebbe accadere. I progetti più importanti che dovrebbero consentire ad Artemis - il razzo Space Launch System di nuova generazione e la capsula dell'equipaggio Orion - non sono ancora terminati. La maggior parte degli esperti concorda il programma è sottofinanziato . Il capo dell'esplorazione umana della NASA è stato sostituito tre volte solo nell'ultimo anno. L'agenzia non ha nemmeno un lander lunare scelto . Quindi, anche se arriviamo sulla luna nel 2024 (non è affatto scontato), come possiamo garantire che venga dopo un insediamento su Marte?

Il problema più grande che abbiamo in questo momento è che non sappiamo come vivere e lavorare in modo produttivo al di fuori del pianeta Terra, afferma Clive Neal, geologo dell'Università di Notre Dame ed esperto di esplorazione lunare. Non abbiamo idea. Non abbiamo mai testato adeguatamente le tecnologie di cui avremmo bisogno per vivere e lavorare nello spazio per mesi o anni, in ambienti difficili con temperature molto più fredde, quantità di radiazioni molto più elevate, livelli di gravità più bassi e mancanza di ossigeno e acqua.

Ma abbiamo il nostro laboratorio nel nostro cortile con cui provare queste cose, dice Neal. Lui e molti colleghi hanno recentemente scritto a nuovo rapporto pubblicato da Explore Mars, un gruppo di difesa che promuove l'esplorazione spaziale sostenibile. Il rapporto identifica dozzine di attività e tecnologie fondamentali per l'esplorazione di Marte che possono essere sviluppate e testate attraverso Artemis e gli sforzi di esplorazione lunare in corso.

Alcune cose essenziali per Marte saranno dimostrate sulla luna quasi immediatamente dopo il lancio di Artemis III (la prevista missione con equipaggio per il 2024 sulla superficie lunare). Il supporto vitale è in cima alla lista. Gli esseri umani non hanno mai costruito habitat a lungo termine su un altro mondo prima d'ora. Anche se applicheremo molto di ciò che abbiamo imparato dalle missioni di lunga durata sulla Stazione Spaziale Internazionale, dovremo comunque garantire che una base lunare e una base su Marte possano fornire bisogni essenziali come cibo, acqua e riparo .

Costruire e testare questi sistemi richiede esperienza. Penso che la cosa fondamentale sarà far immergere più persone nell'ambiente lunare, afferma Joe Cassady, direttore esecutivo per le operazioni spaziali dell'Aerojet Rocketdyne e uno dei redattori principali del rapporto Explore Mars. Fin dall'inizio, avremo bisogno di una raccolta di esperienze e dati da una vasta gamma di astronauti diversi, in missioni che durano settimane o mesi. Queste esperienze informeranno il modo in cui gli ingegneri costruiscono habitat, tute spaziali e sistemi di trasporto di superficie adatti agli esseri umani.

Per garantire che questi habitat possano durare nel tempo, è necessario costruire qualcosa di sostenibile. Le finestre di lancio per le missioni su Marte (quando il pianeta è più vicino alla Terra) arrivano solo ogni 26 mesi, quindi qualsiasi missione di andata e ritorno su Marte sarebbe avere comportare un po' di tempo in attesa che questa finestra si apra di nuovo. Se il viaggio dura, diciamo, nove mesi, dovresti spenderli un minimo di tre o quattro mesi su Marte prima che fosse possibile iniziare a tornare a casa. Puoi portare abbastanza provviste per durare tutti quei mesi, oppure puoi guardare a risorse fuori dal mondo. E la prima opzione è praticamente un non-starter. Devi usare le risorse locali, dice Neal. Cercare di portare tutto con te per mantenere gli astronauti marziani al sicuro e in salute semplicemente non funzionerà.

Il ghiaccio d'acqua sarà una risorsa vitale. Potrebbe fornire acqua e ossigeno per sostenere i sistemi di supporto vitale e potrebbe anche essere suddiviso in idrogeno e ossigeno per essere utilizzato come carburante per razzi. Potrebbe essere usato come schermatura contro le radiazioni spaziali e bombardamento di micrometeoriti per tutti i rifugi costruiti sulla luna.

Sappiamo che c'è abbondanza di ghiaccio d'acqua su Marte. E siamo abbastanza sicuri che ci sia anche molto ghiaccio d'acqua sulla luna, il che lo rende un ambiente perfetto per testare le tecnologie di cui abbiamo bisogno per cercare quelle riserve, estrarle, purificarle e trasformarle in qualcosa che può aiutare a mantenere un insediamento in corso.

Queste tecnologie sarebbero molto simili per entrambi i mondi. La luna è un ambiente più estremo, il che significa che se funziona sulla luna, funzionerà su Marte, dice Neal. Spera che gli ingegneri progetteranno apparecchiature indipendenti dal mondo.

La presenza di ghiaccio d'acqua rafforza in qualche modo anche l'argomento per l'esecuzione di un sistema di propulsione di veicoli spaziali basato sull'idrogeno anziché sul metano (qualcosa che SpaceX sta perseguendo con i suoi motori Raptor). Il rapporto stabilisce che mentre l'idrogeno può essere prodotto localmente su entrambi i mondi, il metano può essere prodotto da risorse locali solo su Marte, dove un'atmosfera ricca di anidride carbonica fornisce una pronta fonte di carbonio. Qualsiasi produzione di metano sulla luna richiederebbe l'importazione di una fonte di carbonio, afferma il rapporto.

Il rapporto raccomanda inoltre di utilizzare sistemi di alimentazione che non dipendono completamente dal sole. Su Marte, con la sua maggiore distanza e l'atmosfera polverosa, i pannelli solari avrebbero più difficoltà a trasformare la luce solare in energia.

L'energia nucleare sembra essere l'approccio più ovvio. Non ci vorrebbe troppa energia per mantenere attivo un rifugio sulla luna, ma ci vorrebbero enormi quantità di energia per eseguire il tipo di operazioni minerarie necessarie per raccogliere e lavorare il ghiaccio d'acqua. Gli esperti del settore minerario hanno detto a Neal che probabilmente cercheranno sistemi in grado di fornire energia nell'ordine dei megawatt. È stato un campanello d'allarme, dice. Le persone nel mondo planetario non avevano stabilito questi collegamenti con l'industria mineraria. Il solare, in questo caso, sarebbe più una fonte di energia di riserva su entrambi i mondi, piuttosto che una primaria. E ci sono pochi ambienti più sicuri per testare nuovi sistemi nucleari della luna, un ambiente disabitato e desolato.

La luna è anche un posto migliore per simulare una missione su Marte, in particolare quando si tratta di Gateway, la stazione spaziale pianificata progettata per l'orbita lunare. Servirà essenzialmente come base per qualsiasi missione della NASA sulla superficie lunare (con equipaggio e robotica allo stesso modo), così come per le successive missioni nello spazio profondo su Marte. I primi due elementi di Gateway (il modulo di alimentazione e propulsione e il modulo abitativo) dovrebbero essere lanciati nel 2023.

Nel loro rapporto, Cassady i suoi colleghi hanno suggerito che un approccio potrebbe essere quello di far rimanere un equipaggio a bordolunare Stazione spaziale gatewayper 60-90 giorni, conduci una missione simulata su Marte sulla superficie lunare per 30 giorni, quindi completa un altro soggiorno al Gateway per 90 giorni prima di tornare a casa. Sarebbe una versione compressa di una missione su Marte. Simulerebbe le mutevoli condizioni di microgravità affrontate in un tale viaggio e darebbe agli astronauti un assaggio di come potrebbe effettivamente sembrare una missione su Marte. La NASA è nuova Profilo di Artemide arriva al punto di dire che il sistema operativo Gateway-to-surface è anche analogo a come potrebbe funzionare una missione umana su Marte, con la possibilità per l'equipaggio di rimanere in orbita e dispiegarsi in superficie.

Infine, un insediamento su Marte non funzionerà bene a meno che non sviluppiamo sistemi autonomi che non necessitano di una stretta supervisione. Gli equipaggi di terra sulla Terra possono ancora controllare le cose sulla luna quasi in tempo reale, ma il ritardo nelle comunicazioni dalla Terra a Marte può arrivare fino a 22,4 minuti. Se un disastro [su Marte] colpisce come quello accaduto con l'Apollo 13, non hai un team di ingegneri a terra per diagnosticare e risolvere il problema in tempo reale, afferma Casey Dreier, esperto di politica spaziale della Planetary Society. La luna è l'unico ambiente buono che abbiamo per testare e migliorare davvero i sistemi automatizzati che possono funzionare in modo affidabile senza quel tipo di controllo umano.

C'è la preoccupazione che il programma spaziale statunitense possa trovarsi di fronte a un brusco cambio di priorità dopo le elezioni di novembre, come è successo negli anni passati. Ma finora il Pd sembra a bordo. La dicitura nella sua La piattaforma 2020 recita: Supportiamo il lavoro della NASA per riportare gli americani sulla luna e andare oltre, su Marte, compiendo il passo successivo nell'esplorazione del nostro sistema solare. Dreier sottolinea che lo sviluppo dello Space Launch System e di Orion è quasi completo. E c'è anche un sacco di buy-in internazionale per Gateway, con Europa, Giappone, Canada e forse Russia tutti pronti a svolgere un ruolo nel suo sviluppo. Invertire la rotta ora sarebbe estremamente difficile, anche se fosse auspicabile.

Nessuno di questi piani è scolpito nella pietra, tuttavia. Il nuovo schema di Artemis della NASA spiega meglio che mai come l'agenzia intende riportare gli esseri umani sulla luna entro il 2024, ma è straordinariamente chiara nel descrivere in dettaglio come intende soddisfare i parametri di riferimento tecnologici per una base lunare sostenibile che ci aiuterebbe ad arrivare su Marte.

Anche in un momento in cui le parole di Ehricke sono più vicine che mai alla realizzazione, ci vorrà molta determinazione per saltare dalla luna al Pianeta Rosso.

Correzione 25/09/20: La storia originale descriveva in modo impreciso Clive Neal come un ingegnere. Neal è un geologo.

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